一种可见光识别锁具和可见光识别锁具控制方法

摘要

本发明公开了一种可见光识别锁具，包括光识别门锁装置和光信息发送装置，所述的光识别门锁装置包括信息接收处理模块、控制电路和电动门锁；所述的光信息发送装置包括具有时钟单元的控制模块、LED驱动模块和LED灯组，用于通过不同频率调制信号驱动产生不同频率的LED灯光。本发明能够在利用可见光进行照明的同时对门锁进行控制，以人眼不可察觉的方式完成信息的传输、识别和门锁的开启，极大地提高了锁具的使用安全，使用方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁具，尤其涉及一种可见光识别锁具和可见光识别锁具控制方法。

背景技术

传统的门锁开控方式主要包括钥匙手动、密码拨号、无线遥控几种类型。钥匙手动时最为常见的门锁开控方式，利用与锁芯匹配的钥匙进行开锁；密码拨号主要是通过按键输入装置输入设定密码，门锁中的控制模块在确认密码正确后控制电动门锁打开；无线遥控主要是利用无线发送装置向门锁中的控制模块发送设定的信号，并由控制模块控制电动门锁打开。无线遥控方式中无线信息传输主要利用电磁波或声波，声波传输距离短且产生噪声危害，主要应用于无损探伤和声呐检测领域；电磁波应用广泛，但存在电磁污染、辐射危害、电磁兼容等方面的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光识别锁具和可见光识别锁具控制方法，能够在利用可见光进行照明的同时对门锁进行控制，以人眼不可察觉的方式完成信息的传输、识别和门锁的开启，极大地提高了锁具的使用安全，使用方便。

本发明采用下述技术方案：

一种可见光识别锁具，包括光识别门锁装置和光信息发送装置，所述的光识别门锁装置包括信息接收处理模块、控制电路和电动门锁，信息接收处理模块用于接收光信息发送装置通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，按照规定的通信协议和解调方式将LED灯光转化成数据信息，并根据数据信息的正确与否输出控制信号；控制电路用于接收信息接收处理模块发送的控制信号并控制电动门锁，电动门锁用于执行开启或关闭动作；所述的光信息发送装置包括具有时钟单元的控制模块、LED驱动模块和LED灯组，用于通过不同频率调制信号驱动产生不同频率的LED灯光。

所述的信息接收处理模块包括光敏三极管、放大滤波电路和第一单片机，光敏三极管的集电极连接供电电源，光敏三极管的发射极连接二极管的正极；光敏三极管的发射极还通过第一电阻接地；二极管的负极连接放大三极管的基极，二极管的负极还通过第一电容接地；放大三极管的集电极通过第二电阻连接供电电源；放大三极管的集电极还连接第一单片机的计数器输入引脚；放大三极管的集电极还通过第二电容接地；放大三极管的发射极接地；第一单片机采用STC11F01单片机，第一单片机连接有时钟电路和复位电路；时钟电路包括第一石英晶振器，第一石英晶振器的两端分别连接STC11F01单片机的XTAL1和XTAL2引脚，第三电容和第四电容组成的串联电路并联在第一石英晶振器两端；复位电路包括上电复位电路和开关复位电路；上电复位电路包括串联的第五电容和第三电阻，第五电容的正极连接供电电源，第五电容的负极连接第三电阻第一端，第三电阻第二端接地，STC11F01单片机的RST引脚连接在第五电容负极和第三电阻第一端之间；开关复位电路包括与第五电容并联的复位按钮；控制电路采用功率放大电路，功率放大电路控制连接电动门锁。

所述的光信息发送装置中具有时钟单元的控制模块采用STC11F01单片机，时钟电路包括第二石英晶振器，第二石英晶振器的两端分别连接STC61F01单片机的XTAL1和XTAL2引脚，第六电容和第七电容组成的串联电路并联在第二石英晶振器两端；所述的上电复位电路包括串联的第八电容和第四电阻，第八电容的正极连接供电电源，第八电容的负极连接第四电阻第一端，第四电阻第二端接地，STC61F01单片机的RST引脚连接在第八电容负极和第四电阻第一端之间；LED驱动模块包括MAX1848芯片，MAX1848芯片的LX引脚通过稳压二极管、串联的多个LED灯和第五电阻接地，MAX1848芯片的LX引脚还通过电感连接供电电源；MAX1848芯片的V+引脚连接供电电源；MAX1848芯片的OUT引脚通过第九电容接地；MAX1848芯片的CTRL引脚连接STC61F01单片机的控制信号输出端；MAX1848芯片的COPM引脚通过第十电容连接；MAX1848芯片的CS引脚通过第五电阻接地。

所述的光识别门锁装置还包括光线引导装置；光线引导装置包括凸透镜、由三个凹透镜组成的凹透镜组和半反半透镜，凸透镜和凹透镜组的主光轴位于同一水平线上，凸透镜和凹透镜组之间设置有半反半透镜，信息接收处理模块中的光敏三极管位于半反半透镜的光线反射范围内。

一种可见光识别锁具控制方法，包括以下步骤：

A：按照预设的欲发送数据信息及调制信号频率与ASCII编码码值的对应关系，利用光信息发送装置中具有时钟单元的控制模块产生不同频率调制信号；

B：根据控制模块产生的不同频率调制信号，通过LED驱动模块产生不同频率的LED灯光；

C：利用光识别门锁装置中光敏三极管接收光信息发送装置通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光；

D：利用光识别门锁装置中光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，通过放大三极管在导通和截止时在光识别门锁装置中第一单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；

E：采用光识别门锁装置中连接有时钟电路且具有计数器功能的第一单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“0”和“1”，得到光信息发送装置发送的数据信息；

F：第一单片机判断接收到的数据信息是否与预设的数据信息相同，若相同，第一单片机通过控制电路控制电动门锁开启。

所述的步骤A中，采用的调制信号频率分别为1KH_Z、4 KH_Z和8 KH_Z ，占空比均为50%；其中频率为1KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光不传输信号；频率为4KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光代表ASCII码值“0”；频率为8KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光代表ASCII码值“1”。

光信息发送装置发送数据帧格式与光识别门锁装置接收数据帧格式均为前导码+8位或16位数据，前导码为二进制的“00000000”，不发送校验码；信息发送、接收过程中以字符为单位进行发送、接收，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送；数据传输速率设定为1000bps。

所述的光识别门锁装置中第一单片机每次计数时间固定为700μs，两次计数间隔300μs；第一单片机在接收到正确的前导码后，延时300μs后开始接收后续8位或16位数据。在每个计数时间内，STC11F01单片机的计数器得到的计数值与所代表的ASCII码值对应关系为：计数值为2或3时，对应的ASCII码值为“0”；   计数值为5或6时，对应的ASCII码值为“1”。

当第一单片机接收前导码时，STC11F01单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位若为11333时，正常接收剩余5位前导码；若STC11F01单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位不为11333时，则按照下列情形进行延时调整：

（1）连续5次计数值为“…00133”， 仅将下一次延时调整为600μs，继续接收剩余5位前导码；

（2）连续5次计数值为“…11233”， 仅将下一次延时调整为550μs，继续接收剩余5位前导码；

（3）连续5次计数值为“…11222”， 仅将下一次延时调整为360μs，继续接收剩余5位前导码；

（4）连续5次计数值为“…00222”， 仅将下一次延时调整为550μs，继续接收剩余5位前导码。

本发明按照预设的调制信号频率与ASCII编码码值的对应关系，将欲发送的数据信息通过不同频率的LED灯光发送给光识别门锁装置；本发明利用光识别门锁装置接收光信息发送装置通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，按照规定的通信协议和解调方式将LED灯光转化成数据信息，并根据数据信息的正确与否输出控制信号；通过控制电路控制电动门锁执行开启或关闭动作；本发明能够在利用可见光进行照明的同时对门锁进行控制，以人眼不可察觉的方式完成信息的传输、识别和门锁的开启，极大地提高了锁具的使用安全，使用方便。

附图说明

图1为本发明所述光信息发送装置的原理框图；

图2为本发明所述光信息发送装置的电路示意图；

图3为本发明所述光识别门锁装置的原理框图；

图4为本发明所述光识别门锁装置的电路示意图；

图5为本发明所述光信息发送装置发送数据“11001100”的时序图；

图6为本发明所述光识别门锁装置5种同步与非同步采集信号的时序图。

具体实施方式

本发明包括光信息发送装置1和光识别门锁装置。

如图1所示，光信息发送装置1用于按照预设的调制信号频率与ASCII编码码值的对应关系，将欲发送的数据信息通过不同频率的LED灯光发送给光识别门锁装置。光信息发送装置1包括具有时钟单元的控制模块、LED驱动模块和LED灯组。

如图2所示，光信息发送装置1中具有时钟单元的控制模块采用STC11F01单片机，STC61F01单片机连接有时钟电路和上电复位电路。

时钟电路包括第二石英晶振器Y2，第二石英晶振器Y2的两端分别连接STC61F01单片机的XTAL1和XTAL2引脚，第六电容C6和第七电容C7组成的串联电路并联在第二石英晶振器Y2两端。本发明采用内时钟模式，利用STC61F01单片机内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2 引脚上外接由一个第二石英晶振器Y2和两个电容C6、C7组成的定时元件，STC61F01单片机内部振荡器便能产生自激振荡。

上电复位电路包括串联的第八电容C8和第四电阻R4，第八电容C8的正极连接供电电源，第八电容C8的负极连接第四电阻R4第一端，第四电阻R4第二端接地，STC61F01单片机的RST引脚连接在第八电容C8负极和第四电阻R4第一端之间。电源接通瞬间，电压全部加在了第四电阻R4上，RST的输入为高，STC11F01单片机被复位。随着+5V电源给第八电容C8充电，第四电阻R4上的电压逐渐减小，最后约等于0，STC61F01单片机即可正常工作。

LED驱动模块包括MAX1848芯片，MAX1848芯片的LX引脚通过稳压二极管D3、串联的多个LED灯D2和第五电阻R5接地，MAX1848芯片的LX引脚还通过电感L连接供电电源；MAX1848芯片的V+引脚连接供电电源；MAX1848芯片的OUT引脚通过第九电容C9接地；MAX1848芯片的CTRL引脚连接STC61F01单片机的控制信号输出端P1.4；MAX1848芯片的COPM引脚通过第十电容C10连接；MAX1848芯片的CS引脚通过第五电阻R5接地。LED驱动模块可驱动串联的三个LED灯D2发光工作。

如图3所示，光识别门锁装置的主要作用是接收LED灯光、解调信号、判断信号是否正确和控制电动门锁7工作几个作用。如图3所示，光识别门锁装置包括信息接收处理模块5、控制电路6和电动门锁7。其中，信息接收处理模块5用于接收光信息发送装置1通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光，按照规定的通信协议和解调方式将LED灯光转化成数据信息，并根据数据信息的正确与否输出控制信号；控制电路6用于接收信息接收处理模块5发送的控制信号并控制电动门锁7，电动门锁7用于执行开启或关闭动作。

如图4所示，信息接收处理模块5包括光敏三极管T1、放大滤波电路和连接有时钟电路的第一单片机。光敏三极管T1的集电极连接供电电源，光敏三极管T1的发射极连接二极管D1的正极；光敏三极管T1的发射极还通过第一电阻R1接地；二极管D1的负极连接放大三极管T2的基极，二极管D1的负极还通过第一电容C1接地；放大三极管T2的集电极通过第二电阻连接供电电源；放大三极管T2的集电极还连接单片机的计数器输入引脚；放大三极管T2的集电极还通过第二电容C2接地；放大三极管T2的发射极接地。

第一单片机采用STC11F01单片机，STC11F01单片机连接有时钟电路且具有计数器功能。时钟电路包括第一石英晶振器Y1，第一石英晶振器Y1的两端分别连接STC11F01单片机的XTAL1和XTAL2引脚，第三电容C3和第四电容C4组成的串联电路并联在第一石英晶振器Y1两端。本发明采用内时钟模式，利用STC11F01单片机内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2 引脚上外接由一个第一石英晶振器Y1和两个电容C3、C4组成的定时元件，STC11F01单片机内部振荡器便能产生自激振荡。

STC11F01单片机还连接有上电复位电路和开关复位电路；上电复位电路包括串联的第五电容C5和第三电阻R3，第五电容C5的正极连接供电电源，第五电容C5的负极连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端接地，STC11F01单片机的RST引脚连接在第五电容C5负极和第三电阻R3第一端之间。电源接通瞬间，电压全部加在了第三电阻R3上，RST的输入为高，STC11F01单片机被复位。随着+5V电源给第五电容C5充电，第三电阻R3上的电压逐渐减小，最后约等于0，STC11F01单片机即可正常工作。开关复位电路包括与第五电容C5并联的复位按钮K1。当复位按钮K1没有被按下的时候可实现上电复位，在STC11F01单片机正常工作后，通过按下复位按钮K1使RST引脚出现高电平达到手动复位的效果。

为了便于光识别门锁装置中的光敏三极管T1顺利接收到光信息发送装置1产生的LED灯光，光识别门锁装置还增设有光线引导装置。光线引导装置包括凸透镜2、由三个凹透镜组成的凹透镜组3和半反半透镜4，凸透镜2和凹透镜组3的主光轴位于同一水平线上；三个凹透镜相距很近，组成一个焦距很短的凹透镜组3，称为物镜；凸透镜2与凹透镜组3相距较远，称为目镜。这种凸透镜2和凹透镜组3的组合即为现有门体5上设置有普通门镜。本发明在凸透镜2和凹透镜组3之间设置起分光作用的半反半透镜4，信息接收处理模块5中的光敏三极管T1位于半反半透镜4的光线反射范围内。这样，从物镜进入到光线引导装置内的LED灯光经过半反半透镜4后分成两路，一路到达目镜供室内人员对室外进行观察；另一路则反射到光敏三极管T1供其进行信号接收与识别。

光线引导装置设置在门体内，并以现有门体5上设置有普通门镜为基础，通过增设半反半透镜4加以改进，使得光线引导装置既能保持普通门镜的作用，方便室内人员观察室外来访者；还能够阻止室外来访者通过普通门镜反向观察室内情况；同时，光线引导装置还能顺利反射光信息发送装置1发送的LED灯光，使信息接收处理模块5中的光敏三极管能够保证可靠的信号接收与识别。

本发明中，光信息发送装置1利用具有时钟单元的控制模块产生不同频率的调制信号，控制LED驱动模块驱动LED灯组发光，利用不同频率调制信号驱动产生的LED灯光代表不同的ASCII编码，进行信息发送，实现无线串行异步通信。信息发送过程中以字符为单位进行传输，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送。

光信息发送装置1中控制模块产生的调制信号频率分别为1KH_Z、4KH_Z和8KH_Z ，占空比均为50%。由于三种调制信号频率占空比相等，所以三种调制状态下的LED灯组的发光强度一致，不会对人眼造成明暗闪烁感觉。频率为1KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光不传输信号，此时光信息发送装置1处于照明状态；频率为4KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光代表ASCII码值“0”，同时照明设备处于照明状态；频率为8KH_Z的调制信号驱动产生的LED灯光代表ASCII码值“1”，同时照明设备处于照明状态。

光信息发送装置1发送的字符信息采用ASCII编码，数据传输速率设定为1000bps。发送数据帧格式为“前导码”+“8位或16位数据”，发送过程中不发送校验码，但是使用特定的前导码作为收发双方的同步信号，前导码为二进制的“00000000”。 光信息发送装置1发送“11001100”数据的时序如图5所示。在使用光信息发送装置1，如仅需正常照明无信息发送时，控制模块以1KH_Z的调制信号驱动LED灯组实现正常照明功能；当需要进行信息发送时，控制模块按照1000bps的传输波特率，先以4KHZ的调制信号连续发送8个“0”作为前导码，使光识别门锁装置获得接收同步，紧接着以相同的速率，按照8位或16位数据中“0”和“1”的顺序，分别以4KH_Z或8KH_Z调制信号驱动LED灯组发送欲发送的数据信息，同时， LED依然保持照明功能。

光识别门锁装置在工作时，信息接收处理模块5中的光敏三极管T1用于接收光信息发送装置1通过不同频率调制信号驱动产生的高频闪烁LED灯光信号。当无光照时，光敏三极管T1和放大三极管T2均处于截止状态，STC11F01单片机的计数器引脚T0处于高电平；当有光照时，光敏三极管T1和放大三极管T2均处于导通状态，此时STC11F01单片机的计数器引脚T0处于低电平。因此，通过放大三极管T2在导通和截止时在STC11F01单片机的计数器引脚T0产生的高低电平即可实现信号输入。可信息接收处理模块5按照收发双方通信协议规定的传输波特率，以固定的周期对计数器引脚T0接收到的不同频率的“0”、“1”变化状态进行计数，然后根据固定周期内不同的计数值所分别对应的ASCII编码码值，最终得到具有信息传输功能的照明设备传输的信息。光识别门锁装置中STC11F01单片机的数据接收速率为1000bps；每次计数时间固定为700μs，两次计数间隔300μs。接收的信息采用ASCII编码，数据帧格式为前导码 + 8位或16位数据，不发送校验码；前导码为二进制的“00000000”， 作为收发双方的同步。当STC11F01单片机在接收到正确的前导码后，延时300μs后开始接收后续8位或16位数据。STC11F01单片机接收信过程中，以字符为单位进行接收，字符与字符之间的时间间隔任意，每个字符中各位以固定时间传送。在每个计数时间内，STC11F01单片机的计数器得到的计数值与所代表的ASCII码值对应关系为

    计数值为2或3时，对应的ASCII码值为“0”；

    计数值为5或6时，对应的ASCII码值为“1”。

在接收前导码时，首先对STC11F01单片机计数器在一个计数时间内得到的连续5位计数值进行判断：由于正确的前导码为二进制的“00000000”，与其对应的STC11F01单片机计数器在一个计数时间内得到的连续计数值应为“…1133333333”；因此，如图6中真同步部分所示，中当STC11F01单片机计数器在一个计数时间内得到的连续5位计数值若为11333时，对STC11F01单片机正常接收剩余5位前导码；若STC11F01单片机的计数器在一个计数时间内得到的连续计数值前5位不为11333时，则按照下列情形进行延时调整：

（1）如图6中伪同步1部分所示，连续5次计数值为“…00133”，仅将下一次延时调整为600μs，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…0013333333”， STC11F01单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字符信息；

（2）如图6中伪同步2部分所示，连续5次计数值为“…11233”， 仅将下一次延时调整为550μs，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…1123333333”， STC11F01单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字符信息；

（3）如图6中伪同步3部分所示，连续5次计数值为“…11222”， 仅将下一次延时调整为360μs，继续接收剩余5位前导码；经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…1122233333”， STC11F01单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字符信息；

（4）如图6中伪同步4部分所示，连续5次计数值为“…00222”， 仅将下一次延时调整为550μs，继续接收剩余5位前导码。经延时调整，本次接收到的计数序列应该是“…0022233333”， STC11F01单片机确认正确接收到前导码“00000000”，转而接收后续8位字符信息；

经延时调整后，当STC11F01单片机确认正确接收到光信息发送装置1发送的数据帧的前导码“00000000”后，间隔300μs后开始通过计数器连续接收并存储后续8位或16位字符数据信息。STC11F01单片机接收到的8位或16位字符数据信息，当8位或16位字符数据信息完整的接收后，STC11F01单片机将接收的数据信息与预先设定的数据信息进行比较，若相同，第一单片机通过控制电路6控制电动门锁7开启。其中，控制电路6采用功率放大电路，功率放大电路控制连接电动门锁7，属于成熟的现有技术，在此不再赘述。

本发明所述的一种可见光识别锁具控制方法，包括以下步骤：

A：按照预设的欲发送数据信息及调制信号频率与ASCII编码码值的对应关系，利用光信息发送装置1中具有时钟单元的控制模块产生不同频率调制信号；

B：根据控制模块产生的不同频率调制信号，通过LED驱动模块产生不同频率的LED灯光；

C：利用光识别门锁装置中光敏三极管接收光信息发送装置1通过不同频率调制信号驱动产生的LED灯光；

D：利用光识别门锁装置中光敏三极管产生的信号控制放大三极管的导通和截止，通过放大三极管在导通和截止时在光识别门锁装置中第一单片机的计数器输入引脚产生的高低电平实现信号输入；

E：采用光识别门锁装置中连接有时钟电路且具有计数器功能的第一单片机，计算固定周期内计数器输入引脚接收到的信号频率，并将不同的信号频率分别对应ASCII编码码值“0”和“1”，得到光信息发送装置1发送的数据信息；

F：第一单片机判断接收到的数据信息是否与预设的数据信息相同，若相同，第一单片机通过控制电路6控制电动门锁7开启。

上述方法在对光信息发送装置1和光识别门锁装置进行详细介绍时均有相关解释，在此不再赘述。